MWC采樣系統乘法器硬件電路設計

李志騰

基于調制寬帶轉換器（MWC）的亞奈奎斯特采樣理論是近年來提出的一種新的稀疏寬帶信號采樣理論。該理論結合壓縮感知與傅里葉分析思想，首先利用MWC完成多路低速采樣，然后根據相應的重構算法由低速率的采樣值重構原始信號。MWC采樣方法相對于其他方法的優點在于可對稀疏寬帶模擬信號進行遠低于奈奎斯特率的采樣，并可在未知頻帶位置的情況下實現精確重構。

為了驗證亞奈奎斯特采樣理論的可行性，本課題的設計目標為實現4通道，輸入信號總體帶寬為20MHz，采樣率fs=800KHz ，子頻帶帶寬B=200KHz的亞奈奎斯特采樣系統。經計算M取201。低通濾波器為了保有余量，截止頻率取400KHz。具體如表1所示：

整個硬件系統可以分為以下幾個部分，第一部分為乘法器，濾波器組成的模擬電路模塊，第二部分為AD轉換模塊，第三部分為FPGA模塊，另外還有USB模塊和電源模塊，本章主要對乘法器模塊系統進行討論。

模擬電路模塊完成的功能有乘法模塊，即信號與隨機序列相乘，完成信號頻譜搬移的過程。

系統框圖如圖1所示，原始信號需要通過四路乘法器，并對混頻后的信號進行濾波。

本系統要有四個通道，每一路首先要經過一個乘法器。信號與偽隨機序列相乘，完成與偽隨機信號的混頻，最終完成的功能是信號頻譜的搬移。

常用的乘法芯片有AD835、AD534、AD734。其中AD835的噪聲比AD534和AD734要小的多。本設計中的設計目標是實現20MHz帶寬的稀疏多帶信號亞奈奎斯特采樣，而AD835在小信號的帶寬為250MHz，大信號有所下降，為了留有余量，本設計采用AD835來實現隨機調制。而且AD835是正負5V供電，可實現單端或差分輸入，輸出直接為電壓信號，使用方便。AD835功能框圖如圖2所示：

為了保證電路設計的正確性，首先對器件的電氣參數做一下介紹。在輸入端，參

數如表2所示：

AD835輸入端差分電壓范圍為-1V～+1V。另外，AD835的輸出阻抗比較低，帶負載能力較強，且輸出電壓擺幅在-2.5V～+2.5V之間。討論完了AD835的性能之后，接下來討論其基本功能。上述公式中給出了AD835的轉移函數，系統所要實現的功能僅僅是相乘，即：

四路中的一路乘法器電路實現如圖3所示。x（t）為原始信號，sj1為偽隨機信號，H1為輸出。其他三路連接方式與圖3相同。

此電路圖中， ，K=0.75，U=1。即將原始信號與偽隨機信號混頻并將混頻后信號電壓擴大了4倍。

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